發(fā)布時(shí)間：2023-09-04 16:40:06
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的概念樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
一、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.生態(tài)系統(tǒng)定義：由生物群落與它的無(wú)機(jī)環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體，最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈(是指地球上的全部生物及其無(wú)機(jī)環(huán)境的總和)。
2.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(食物鏈和食物網(wǎng))
3.生態(tài)系統(tǒng)的成分包括(1)非生物的物質(zhì)和能量(無(wú)機(jī)環(huán)境);(2)生產(chǎn)者：自養(yǎng)生物，主要是綠色植物;(3)消費(fèi)者：異養(yǎng)生物，絕大多數(shù)動(dòng)物，(營(yíng)腐生的動(dòng)物是分解者);(4)分解者：異養(yǎng)生物，能將動(dòng)植物尸體或糞便為食的生物(細(xì)菌、真菌、腐生生物)。注意：植物并非都是生產(chǎn)者，如菟絲子是寄生植物，它是消費(fèi)者;動(dòng)物也并非都是消費(fèi)者，如蚯蚓是分解者;細(xì)菌也并非都是分解者，硝化細(xì)菌是生產(chǎn)者，寄生細(xì)菌是消費(fèi)者。
4.食物鏈中只有生產(chǎn)者和消費(fèi)者，其起點(diǎn)是生產(chǎn)者植物;第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)是生產(chǎn)者;初級(jí)消費(fèi)者是植食性動(dòng)物。
5.食物網(wǎng)：許多食物鏈彼此相互交錯(cuò)連接成的復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，就是食物網(wǎng)。
二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)
1、定義：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程。
a、能量來(lái)源：太陽(yáng)能。輸入：通過(guò)生產(chǎn)者的光合作用，將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能。輸入生態(tài)系統(tǒng)總能量是生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能總量。
b、傳遞途徑：沿食物鏈、食物網(wǎng)，
c、散失：通過(guò)呼吸作用以熱能形式散失的。
d、過(guò)程：能量來(lái)源 (上一營(yíng)養(yǎng)級(jí))，能量去向(呼吸作用、未利用、分解者分解作用、傳給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí))。
e、特點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)、逐級(jí)遞減(能量金字塔中底層為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，生產(chǎn)者能量最多 )，能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率：10%～20%(不可以提高也不可以降低)
2.研究能量流動(dòng)的意義：
①可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用
②可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>
三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
1、定義：組成生物體的c、h、o、n、p、s等元素，都不斷進(jìn)行著從無(wú)機(jī)環(huán)境到生物群落，又從生物群落回到無(wú)機(jī)環(huán)境的循環(huán)過(guò)程。又稱生物地球化學(xué)循環(huán)。
2、特點(diǎn)：具有全球性、循環(huán)性
3、舉例：碳循環(huán)
①碳在無(wú)機(jī)環(huán)境中的存在形式：co2和碳酸鹽
②碳在生物體中的存在形式：有機(jī)物 碳在生物之間的傳遞形式：有機(jī)物
③碳在無(wú)機(jī)環(huán)境與生物群落之間循環(huán)形式：co2
④碳從無(wú)機(jī)環(huán)境到生物群落的途徑主要是光合作用(還有化能合成作用)，從生物群落回到無(wú)機(jī)環(huán)境的途徑有呼吸作用、微生物的分解作用、化學(xué)燃料的燃燒。
四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞
1.信息種類
a.物理信息：通過(guò)物理過(guò)程傳遞的信息，如光、聲、溫度、濕度、磁力等可來(lái)源于無(wú)機(jī)環(huán)境，也可來(lái)自于生物。
b.化學(xué)信息：通過(guò)信息素傳遞的信息，如，植物產(chǎn)生的生物堿、有機(jī)酸;動(dòng)物的性外激素
c.行為信息：通過(guò)動(dòng)物的特殊行為傳遞信息的，對(duì)于同種或異種生物都可以傳遞。(孔雀開(kāi)屏、蜜蜂跳舞、求偶炫耀)
2.范圍：在種內(nèi)、種間及生物與無(wú)機(jī)環(huán)境之間
3.信息傳遞作用：生命活動(dòng)的正常進(jìn)行離不開(kāi)信息作用，生物種群的繁衍也離不開(kāi)信息傳遞。信息還能調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。
4.應(yīng)用：a.提高農(nóng)產(chǎn)品或畜產(chǎn)品的產(chǎn)量。如：模仿動(dòng)物信息吸引昆蟲(chóng)傳粉，光照使雞多下蛋
b.對(duì)有害動(dòng)物進(jìn)行控制，生物防治害蟲(chóng)，用不同聲音誘捕和驅(qū)趕動(dòng)物
注：物質(zhì)循環(huán)是在無(wú)機(jī)環(huán)境和生物之間，不能在生物與生物間循環(huán)。
5.能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)之間的異同
不同點(diǎn)：在物質(zhì)循環(huán)中，物質(zhì)是被循環(huán)利用的;能量在流經(jīng)各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，是逐級(jí)遞減的，而且是單向流動(dòng)的，而不是循環(huán)流動(dòng)
聯(lián)系： ①兩者同時(shí)進(jìn)行，彼此相互依存，不可分割
②能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移、釋放，都離不開(kāi)物質(zhì)的合成和分解等過(guò)程
③物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動(dòng);能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間循環(huán)往返。
6.生態(tài)系統(tǒng)的基本功能：能量流動(dòng)(生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力)、物質(zhì)循環(huán)(生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ))和信息傳遞(決定能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的方向和狀態(tài))。
五、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
1、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念：生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)穩(wěn)定的能力。包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身結(jié)構(gòu)與功能保持原狀的能力，叫做抵抗力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)到原狀的能力，叫做抵抗力穩(wěn)定性。
2、生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，而且自我調(diào)節(jié)能力是有限的。一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)中的組分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，其自我調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，抵抗力穩(wěn)定性越高，恢復(fù)力穩(wěn)定性越低。負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在，它是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。
3、提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法：
【關(guān)鍵詞】巧解 能量流動(dòng) 計(jì)算
題型一：未知能量的具體傳遞效率，求某營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的最值
例1.在“藻類 甲蟲(chóng) 蝦 小魚(yú) 大魚(yú)”這條食物鏈中：
（1）若有藻類植物G克，大魚(yú)最多能增重多少克？
（2）若小魚(yú)要增重N克，最少需要甲蟲(chóng)多少克？
【思路點(diǎn)撥】能量沿食物鏈傳遞過(guò)程中，相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率為10%～20%。當(dāng)食物鏈中低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物有物質(zhì)G克時(shí)，傳遞到某一高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，生物可獲得的最多量可用（20%）nG(即1/5nG)來(lái)計(jì)算；而獲得的最少量可用（10%）nG（即1/10nG）來(lái)計(jì)算。（n為食物鏈中相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)總數(shù)減1或?yàn)榧^數(shù)。）
（1）從藻類到大魚(yú)共有5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，則大魚(yú)最多能增重（1/54）G。
（2）從甲蟲(chóng)到小魚(yú)共有3個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，現(xiàn)要小魚(yú)增重N克，至少需要甲蟲(chóng)的量，采用逆推法，即52N克。
【答案】（1）（1/625）G克 （2）25N克
【方法提煉】未知具體傳遞效率，且為一條食物鏈時(shí)，可按10%～20%的傳遞效率計(jì)算。設(shè)食物鏈為A B C D，分情況討論如下表：
題型二：已知營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的具體傳遞效率，求某營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量
例2.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖，請(qǐng)回答：
(1)輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是____________kJ。
（1）輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是__________kj。
（2）從A到B，從B到C的能量傳遞效率分別為 和__________。
（3）欲使C增加3kg，需A__________克。
【思路點(diǎn)撥】流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量應(yīng)該是該生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能總量，題中A是生產(chǎn)者，其固定的總能量為：175kJ+200kJ+875kJ=1250kJ。這部分能量的流向有三：一是生產(chǎn)者本身呼吸作用消耗；二是流向分解者；三是被下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化。能量沿食物鏈的傳遞效率10%~20%是一個(gè)平均值，在不同的食物鏈和在同一條食物鏈的不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的具體傳遞效率不一定相同，要用具體的數(shù)值來(lái)具體的計(jì)算。
本題中能量從A傳到B的傳遞效率為： 200/（175+200+875）×100% = 16%，從B傳到C的傳遞效率為：30/200×100% = 15%。在計(jì)算C增加3kg需要消耗A的量時(shí)應(yīng)按實(shí)際的傳遞效率計(jì)算，即：3kg÷15%÷16% = 125kg。
【答案】（1）1250 （2）16% 15% （3）125
【方法提煉】（1）相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率為：本營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量/上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量×100%；(2)具體問(wèn)題要具體分析，不能一味認(rèn)為傳遞效率為10%～20%。
題型三： 已知各營(yíng)養(yǎng)級(jí)供能比例，求某營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量
例3.若一個(gè)人的食物二分之一來(lái)自植物，四分之一來(lái)自小型肉食動(dòng)物，四分之一來(lái)自牛羊肉，則人增重1kg時(shí)最多消耗植物___________kg。
【思路點(diǎn)撥】先根據(jù)題目要求畫出食物網(wǎng)（如右圖），其次據(jù)題目要求“最多消耗植物”，故按照最低傳遞效率10%計(jì)算，人的增重從不同途徑獲得能量的比例也已明確告訴。則解題圖解如下：
【答案】280克
【方法提煉】解答此類題目時(shí)，首先要根據(jù)題干要求畫出食物網(wǎng)圖；第二要搞清各條食物鏈的具體供能比例，并將各比例分別落實(shí)到每條食物鏈上；第三要確定傳遞效率是10%還是20%，仍然要考慮“至多”與“至少”的問(wèn)題；第四必要時(shí)采用逆推法更簡(jiǎn)捷。
題型四：未知各營(yíng)養(yǎng)級(jí)供能比例，求某營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲能的最值
例4. 下圖食物網(wǎng)中，若人的體重增加1kg，最少消耗水藻_________kg；最多消耗水藻__________kg。
【思路點(diǎn)撥】此題沒(méi)有告訴低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物能量傳遞的固定分配量，所以解題方法與上題稍有不同。求最少消耗水藻時(shí)，就要選最短的食物鏈，即水藻小魚(yú)人，傳遞效率按最大20%計(jì)算，設(shè)最少消耗為X，則X×20%×20%＝1，所以X＝1÷20%÷20%＝25kg；求最多消耗時(shí)，就要選擇最長(zhǎng)的食物鏈，水藻水蚤蝦小魚(yú)大魚(yú)人，傳遞效率按最小10%計(jì)算，設(shè)最多消耗Y，則Y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，所以Y＝1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%＝100000kg。
【答案】25；100000
【方法提煉】在食物鏈中，已知高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的增重，求低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的物質(zhì)重量時(shí)，應(yīng)該用除法計(jì)算（又稱食量放大法）。在不知能量傳遞效率時(shí)，要求某營(yíng)養(yǎng)級(jí)的最值，更要弄清楚具體的食物鏈。如高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物要增重N g，至少需要低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最大傳遞率來(lái)計(jì)算，即N÷（20%）n＝5nN；而最多需要低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最小傳遞率來(lái)計(jì)算，即N÷（10%）n＝10nN。
題型五：能量流動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
例5：某生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者的總能量分別是W1和W2，當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時(shí)，最有可能使生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到破壞？（ ）
A.W1>10W2 B.W1>5W2 C.W1
【思路點(diǎn)撥】一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個(gè)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞效率大約是10%-20%。小于或等于20%則不會(huì)導(dǎo)致其穩(wěn)定性的破壞，而大于20%則有可能引起某些營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞?？v觀本題的四個(gè)選項(xiàng)，A選項(xiàng)反映的能量傳遞效率小于10%，B選項(xiàng)反映的能量傳遞效率小于20%，C選項(xiàng)反映的能量傳遞效率大于10%（但不一定大于20%），只有D選項(xiàng)反映的能量傳遞效率大于20%。
【答案】 D
【方法提煉】能量流動(dòng)效率能直接反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能量在傳遞過(guò)程中，若超過(guò)一定的限度，則容易引起種群的生長(zhǎng)、繁殖或再生等的障礙，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，故在研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)必須時(shí)刻關(guān)注能量流動(dòng)效率。
一、景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)影響評(píng)價(jià)
景觀是高于生態(tài)系統(tǒng)的自然系統(tǒng),載體是一個(gè)空間異質(zhì)性的區(qū)域。景觀在結(jié)構(gòu)與功能、生物多樣性、物種流動(dòng)、養(yǎng)分再分布、能量流動(dòng)、景觀變化、景觀穩(wěn)定性等方面具有較為特殊的規(guī)律。20世紀(jì)末,生態(tài)學(xué)廣泛吸收地理學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué),測(cè)繪學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等理論,引入了景觀的概念。景觀生態(tài)學(xué)特別強(qiáng)調(diào)空間異質(zhì)性,層次性結(jié)構(gòu)和尺度在研究生態(tài)學(xué)格局和過(guò)程中的重要性。異質(zhì)性是研究的基本出發(fā)點(diǎn),也是其方法論的基點(diǎn)和核心。異質(zhì)性是指在一個(gè)區(qū)域里(景觀或生態(tài)系統(tǒng))對(duì)一個(gè)種、或者更高級(jí)的生物組織的存在起決定作用的資源(或某種性狀)在空間或時(shí)間上的變異程度(或強(qiáng)度)。異質(zhì)性是景觀的抗干擾能力的體現(xiàn)。景現(xiàn)有三個(gè)重要元素――拼塊、廊道和模地。拼塊是一個(gè)外觀上與周圍環(huán)境明顯不同的非線性區(qū)域,其大小,形狀、類型、邊緣與相鄰的拼塊有很大的差別。廊道和模地是拼塊的特殊類型,因?yàn)樾螤?、面積、連通程度的特點(diǎn)而具有特殊的作用。廊道是指兩拼塊間狹長(zhǎng)地帶,呈帶狀,是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和物種流的重要通道,如公路上預(yù)留的生物通道是廊道,河流是水生生物的廊道等。模地是景觀內(nèi)具有背景地域特性的拼塊,在很大程度上對(duì)景觀的性質(zhì)、動(dòng)態(tài)起著主導(dǎo)作用。這就是沙漠、森林、海洋在氣候等特性上為什么如此不同的主要原因之一。模地有三個(gè)特性,即相對(duì)面積大、連通程度高和具有動(dòng)態(tài)控制作用。相對(duì)面積是表現(xiàn)模地的重要參數(shù)。一般來(lái)說(shuō),一種景觀元素覆蓋了景觀50%以上面積,就可以認(rèn)為它是模地。如在流波電站評(píng)價(jià)范圍內(nèi),林地相對(duì)面積為80%左右,顯然林地是模地如果各景觀元素的相對(duì)面積均不超過(guò)50%,則要由其它特性來(lái)決定模地。連通性是某些景觀模地判別的重要元素,如樹(shù)籬景觀,樹(shù)籬網(wǎng)一般只占景觀總面積的10%以下,但由于其包圍了田野,構(gòu)成了單一的連續(xù)地域,高度連通性使其具有隔離其它元素的物理屏障功能、運(yùn)輸特性的廊道功能并包圍其它元素使其形成孤立的生物“島嶼”。動(dòng)態(tài)控制功能可以簡(jiǎn)單理解為模地是景觀的動(dòng)力源泉,控制了景觀的發(fā)展方向,如樹(shù)籬網(wǎng)由先鋒種(如櫻桃)及后來(lái)種(如櫟樹(shù))混合構(gòu)成,其種子被風(fēng)吹落到附近的田野中,鳥(niǎo)和動(dòng)物在吃果子的同時(shí)將種子帶到景觀的各個(gè)地域,因此樹(shù)籬起了一個(gè)物種源的作用,把景觀引向某種穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生其它變化。
評(píng)價(jià)流波水電站工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,主要評(píng)價(jià)興建工程前后,景觀的生態(tài)完整性是否受到較大影響。主要指標(biāo)可以概括為生物群落(生物量、物種多樣性、異質(zhì)性程度、珍稀瀕危物種是否銳減或減少)、區(qū)域環(huán)境(綠地減少,連通程度變差),水和土地(發(fā)生荒漠化或土壤理化性質(zhì)改變)。對(duì)如此多的指標(biāo)進(jìn)行定量或半定量分析計(jì)算是非常復(fù)雜的工作,大部分指標(biāo)需要大量人力物力進(jìn)行專門研究才能確定,而現(xiàn)階段我國(guó)生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究方面缺少支持評(píng)價(jià)工作的基本研究成果,評(píng)價(jià)單位完全將這些指標(biāo)定量幾乎是不可能的。
通過(guò)工程前后自然體系生產(chǎn)力和穩(wěn)定性分析,綜合判斷工程對(duì)景觀生態(tài)完整性的影響,是流波水電站工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要思路。生產(chǎn)力計(jì)算以世界范圍內(nèi)相同地塊平均凈生產(chǎn)力為依據(jù)。對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,采用奧德姆4級(jí)分類法――將生產(chǎn)力分為最低、較低、較高和最高4個(gè)等級(jí),各等級(jí)之間的閾值182.5、1095和3650單位,計(jì)算項(xiàng)目前后評(píng)價(jià)范圍內(nèi)自然體系生產(chǎn)力,判斷生產(chǎn)力是否因項(xiàng)目建設(shè)而降低到低一級(jí)別的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)體系的穩(wěn)定狀況包括兩個(gè)特征,即恢復(fù)和阻抗?；謴?fù)穩(wěn)定性與高亞穩(wěn)定元素(如植被)的數(shù)量和生產(chǎn)能力較為密切,阻抗穩(wěn)定性與景觀異質(zhì)性關(guān)系緊密。流渡水電站工程所在地域內(nèi)景觀穩(wěn)定,陛是通過(guò)對(duì)景觀三個(gè)重要元素一拼塊、廊道和模地的分析計(jì)算,確定模地,并從模地入手進(jìn)行分析。根據(jù)模地的三個(gè)特性,采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中計(jì)算植被重要值的方法(優(yōu)勢(shì)度值)來(lái)判別景觀模地,方法是計(jì)算各拼塊的優(yōu)勢(shì)度值,優(yōu)勢(shì)度值最大的拼塊就是模地。
二、流波水電站實(shí)倒
流波電站生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析中對(duì)主要生態(tài)因子,如氣候、土壤,植被等進(jìn)行調(diào)查和分析。植被類型調(diào)查是現(xiàn)狀調(diào)查的重點(diǎn),是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)中采用樣方調(diào)查法獲得評(píng)價(jià)區(qū)植被信息。在現(xiàn)狀調(diào)查和工程分析基礎(chǔ)上分析流波水電站工程前后景觀生態(tài)完整性,主要內(nèi)容包括模地判別、生產(chǎn)力計(jì)算、穩(wěn)定性分析。
模地判別判定模地采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中優(yōu)勢(shì)度值判別法。首先對(duì)景觀中各拼塊、樣方數(shù)目及面積進(jìn)行量算,分別計(jì)算出密度、頻率和景觀比例。流波水電站工程評(píng)價(jià)范圍內(nèi)各拼塊優(yōu)勢(shì)度值計(jì)算結(jié)果如表l所列。
評(píng)價(jià)范圍內(nèi)用地類型可大致分為河濰裸地、水域、園地、農(nóng)耕地、疏林灌叢、竹林及落林闊葉林等類型,每種地塊具有不同的生產(chǎn)力,評(píng)價(jià)中采用了世界范圍內(nèi)相同地類平均生產(chǎn)力作為計(jì)算依據(jù)。流波水電站工程評(píng)價(jià)范圍內(nèi)自然體系現(xiàn)狀生產(chǎn)力為1 313 g/m 2?a,工程建成后生產(chǎn)力為1276 g/m 2?a,根據(jù)奧德姆分類,項(xiàng)目前后生產(chǎn)力水平均處于較高水平(1095-3650 g/m 2?a),流渡電站所在地域自然體系生產(chǎn)力并未因本工程建設(shè)而降低到低一級(jí)別的生態(tài)系統(tǒng)。
流波電站工程評(píng)價(jià)范圍內(nèi)自體系生產(chǎn)力處于較高水平,植被豐富,恢復(fù)穩(wěn)定性較好。評(píng)價(jià)范圍內(nèi)模地為林地,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)控制功能,區(qū)域內(nèi)多種植被拼塊交錯(cuò)分布,異質(zhì)性較強(qiáng),因此流波電站所在區(qū)域生態(tài)體系的生態(tài)完整性較好。流波電站建成后,評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)高亞穩(wěn)定元素?cái)?shù)量未受大的破壞,生產(chǎn)力水平仍為較高等級(jí)。工程實(shí)施后對(duì)自然體系恢復(fù)穩(wěn)定性的影響不大。流波電站建成運(yùn)行對(duì)植被的空間分布影響不大,工程占地及淹沒(méi)等改變區(qū)域的面積為2.02平方千米,僅占評(píng)價(jià)區(qū)面積的8.4%,其他91.6%面積上的植被未發(fā)生改變,仍維持現(xiàn)狀,也即該區(qū)域起決定性作用的,具有動(dòng)態(tài)控制能力的組分在時(shí)間和空間上均未發(fā)生大的變異,因此項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行對(duì)區(qū)域自然體系的異質(zhì)化程度影響不大,對(duì)阻抗穩(wěn)定性影響較小。項(xiàng)目實(shí)施后,景觀生態(tài)完整性仍較好。
良好的河流景觀與濱水環(huán)境是現(xiàn)代城市文明的重要內(nèi)容,而營(yíng)造城市景觀環(huán)境也離不開(kāi)河流和水面。當(dāng)代國(guó)際大都市環(huán)境建設(shè)的價(jià)值觀念顯示,城市河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要骨架,已經(jīng)和正在為城市建設(shè)者所關(guān)注,其生態(tài)服務(wù)功能的應(yīng)用也逐漸引入生態(tài)城市的建設(shè)之中。但在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展進(jìn)程中,由于人類活動(dòng)的影響,自然河道生態(tài)屬性受到不同程度的人為干擾,導(dǎo)致河道功能退化、水質(zhì)惡化、河道堵塞、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降。隨著社會(huì)文明進(jìn)步,水環(huán)境意識(shí)日益增強(qiáng),應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的生態(tài)河道建設(shè)理念,不僅有利干河道的整治和生態(tài)環(huán)境的改善,而且也有益于地區(qū)整體形象的提高。
2、河道生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展現(xiàn)狀
城市水利建設(shè)歷經(jīng)農(nóng)村水利、城市水利、環(huán)境水利和生態(tài)水利四個(gè)階段,而且逐步向景觀水利發(fā)展。在目前城市開(kāi)潮中,河道護(hù)岸仍以硬質(zhì)直立墻占據(jù)主導(dǎo)地位。硬質(zhì)直立墻基本以人工(漿)砌石、鋼筋砼結(jié)構(gòu),它們隔絕了河道與土壤之間的水土交換,對(duì)生態(tài)性造成了不良影響,造成環(huán)境惡化和生態(tài)破壞,甚至嚴(yán)重威脅著人們賴以生產(chǎn)、生活的生態(tài)環(huán)境。隨著生括水平的提高,人們對(duì)水環(huán)境的要求也越來(lái)越高,河道已不僅僅具備“泄洪、排澇、薔水、引清、航運(yùn)”等水道的基本工程,而且還具有“景觀、旅游、生態(tài)、對(duì)周邊環(huán)境的呼應(yīng)”等功能。
近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員己重視研究生態(tài)型護(hù)岸技術(shù),并已提出了多種生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式,實(shí)踐運(yùn)用正逐漸增多,就寧波市河道工程來(lái)看,主要采用生態(tài)護(hù)岸材質(zhì)如;金屬格網(wǎng)擋墻、自嵌式干壘擋墻,解決以往硬質(zhì)直立墻水土不交換的問(wèn)題;或者采用斜坡武護(hù)岸斷面采用透水型護(hù)坡材質(zhì)如:金屬格網(wǎng)護(hù)墊、植生毯、砼格梗,聯(lián)鎖式護(hù)坡塊、以及草皮護(hù)坡等?；蛘咭刖坝^造景概念,營(yíng)造出濕地、岸坡園林式綠化等設(shè)計(jì)。這些不同的生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)綜合起來(lái)可以歸納為兩種:一種是單純利用植物護(hù)岸。一種是植物護(hù)岸與工程措施相結(jié)合的護(hù)岸技術(shù)。寧波市水利系統(tǒng)在河道整治時(shí)較多的考慮生態(tài)性,如寧波市甬新干河、北侖小浹江工程、寧海顏公河工程、以及多條住宅小區(qū)河道工程,取得了一定的成果。
現(xiàn)狀有關(guān)理論方面的研究相對(duì)不足。目前,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸的研究,在理論上主要集中于生態(tài)護(hù)岸的概念、內(nèi)涵以及行洪排澇功能等方面的宏觀性研究;在實(shí)踐上主要集中于護(hù)岸的材料、施工方法及成本等方面。然而,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸生態(tài)支持功能,如截留降解污染物、營(yíng)造生物多樣性、提高河流自凈能力,以及防止水土流失等定量化的研究,文化美學(xué)功能,如景觀文化質(zhì)量和景觀美學(xué)質(zhì)量的研究,卻不多見(jiàn)。
在國(guó)外,對(duì)環(huán)境、生態(tài)退化問(wèn)題的認(rèn)識(shí)較早,很早就開(kāi)始研究傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)對(duì)環(huán)境與生態(tài)的影響,認(rèn)為傳統(tǒng)的混凝土護(hù)岸會(huì)引起生態(tài)與環(huán)境的退化。為了能有效地保護(hù)河道岸坡以及生態(tài)環(huán)境,許多國(guó)家紛紛提出了一些生態(tài)型護(hù)岸技術(shù),如:瑞士、德國(guó)等于20世紀(jì)80年代末就已提出了“自然型護(hù)岸”技術(shù),日本在20世紀(jì)90年代初提出“多自然型河道治理”技術(shù),并且在生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)方面做了實(shí)踐。目前,在美國(guó)以及歐洲一些國(guó)家較為常用的技術(shù)是“土壤生物工程”護(hù)岸技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是從最原始的柴木枝條防護(hù)措施發(fā)展而來(lái)的,經(jīng)過(guò)多年的研究,現(xiàn)已形成一套完整的理論體系和施工方法,并得到了廣泛應(yīng)用。近30年來(lái)歐洲利用土壤生物工程對(duì)坡面的治理比較廣泛,已經(jīng)對(duì)土壤生物工程做了大量的研究。國(guó)內(nèi)該技術(shù)最早在上海市機(jī)場(chǎng)鎮(zhèn)河道、北京懷九一渡河段等地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用研究,為我國(guó)各類邊坡的侵蝕控制和生態(tài)修復(fù)引進(jìn)了新的工程技術(shù)和方法。
但是,目前有關(guān)河岸帶生態(tài)方面的研究主要集中在生態(tài)河岸帶的定義、功能、管理及保護(hù)技術(shù)等宏觀定性研究方面,而定量方面的研究卻很少,這就導(dǎo)致了河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)、保護(hù)和管理缺乏統(tǒng)一的衡量和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),給生態(tài)河岸帶的建設(shè)、保護(hù)和管理帶來(lái)了一定的困難。
3、河道生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展趨勢(shì)
由于對(duì)生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)框架的理解沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),造成了目前人們對(duì)生態(tài)護(hù)岸認(rèn)識(shí)的片面性和盲目性。對(duì)于什么是生態(tài)護(hù)岸,什么樣的河坡系統(tǒng)才具有生態(tài)完整性和生態(tài)安全性,生態(tài)護(hù)岸應(yīng)如何設(shè)計(jì)、施工和管理,才能保持其生態(tài)健康等問(wèn)題的理解,更是仁者見(jiàn)仁,智者見(jiàn)智,沒(méi)有統(tǒng)一的說(shuō)法。因此,為了能更壘面地認(rèn)識(shí)生態(tài)護(hù)岸,更充分地發(fā)揮生態(tài)護(hù)岸的功能,從而保障城鎮(zhèn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康,今后生態(tài)護(hù)岸的研究,應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。
(1)生態(tài)護(hù)岸新材料的研究
由于現(xiàn)有的生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)大多數(shù)技術(shù)是從國(guó)外直接引進(jìn)的。其生態(tài)材料指標(biāo)等也直接參考國(guó)外,必然存在許多弊端。如:護(hù)岸成本太高,難于大范圍推廣;由于自然地理?xiàng)l件的差異,導(dǎo)致護(hù)岸效果不明顯等。因此,新材料的開(kāi)發(fā),應(yīng)成為今后生態(tài)護(hù)岸研究的一個(gè)重點(diǎn)。
(2)生態(tài)護(hù)岸服務(wù)功能的研究
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)系統(tǒng)交界處的護(hù)岸生態(tài)系統(tǒng),兼有單純的生態(tài)內(nèi)涵和水利特性的內(nèi)涵,因而其服務(wù)功能應(yīng)包括行洪排澇功能、生態(tài)支持功能和文化美學(xué)功能。目前,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸生態(tài)支持功能的定量化研究、文化美學(xué)功能等還鮮有報(bào)道。
(3)生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)的研究
生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計(jì),應(yīng)包括護(hù)岸材料、護(hù)岸植物、坡比以及護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的選擇等。直觀有效的研究方法是實(shí)驗(yàn)方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn),研究在不同地質(zhì)條件下,不同護(hù)岸材料、護(hù)岸植物、坡比以及護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式等,對(duì)坡面穩(wěn)定性的影響,對(duì)護(hù)岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、重建的影響,對(duì)鄰近生態(tài)系統(tǒng)的影響等,進(jìn)而總結(jié)出生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)的原則和標(biāo)準(zhǔn),為生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
(4)生態(tài)護(hù)岸綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究
正是由于關(guān)于生態(tài)護(hù)岸定量化和效應(yīng)的研究很少,這就給生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)、保護(hù)與管理,帶來(lái)了一定的困難。缺乏統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn),也造成了目前對(duì)生態(tài)護(hù)岸理解的盲目性和片面性。因此,有必要利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法(如模糊數(shù)學(xué)方法)和現(xiàn)代的高新技術(shù)(如3s技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等)手段,對(duì)生態(tài)護(hù)岸進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究,提出合理而全面的生態(tài)護(hù)岸綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,構(gòu)建可操作的生態(tài)護(hù)岸綜合評(píng)價(jià)模型,為生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)提供理論依據(jù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)護(hù)岸的有效管理和控制。
(5)生態(tài)護(hù)岸管理的研究
如果說(shuō)河道整治的最終程序,是對(duì)整個(gè)流域或城鎮(zhèn)進(jìn)行有效的規(guī)劃和控制,那么,生態(tài)護(hù)岸的管理,則應(yīng)成為熏要的第一步。生態(tài)護(hù)岸的研究,屬于多目標(biāo)、大尺度問(wèn)題。傳統(tǒng)的諸如統(tǒng)計(jì)等管理方法,已不適合生態(tài)護(hù)岸的管理。目前,地理信息系統(tǒng)(GIS)以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和信息處理功能,在資源調(diào)查和水土流失等方面已得到應(yīng)用,如利用GIS對(duì)內(nèi)河岸線資源進(jìn)行評(píng)價(jià),河岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià),夏繼紅等提出,將GIS技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)護(hù)岸的統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)、監(jiān)控管理和綜合評(píng)估等方面,可以提高設(shè)計(jì)管理效率,減少施工的生態(tài)干擾,為方案選擇提供科學(xué)的評(píng)判依據(jù)。因此,壘球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)等技術(shù),在生態(tài)護(hù)岸管理中的應(yīng)用研究亟待展開(kāi)。
核心概念;整體備課;生物科學(xué)素養(yǎng);遷移應(yīng)用
隨著高中生物學(xué)課程改革的深入開(kāi)展，越來(lái)越多的的高中生物學(xué)教師關(guān)注生物學(xué)核心概念的教學(xué)，嘗試引導(dǎo)學(xué)生從繁雜的“單純”概念的記憶中解脫出來(lái)，轉(zhuǎn)向?qū)诵母拍畹臉?gòu)建和深層次的理解，實(shí)現(xiàn)零散的概念知識(shí)科學(xué)系統(tǒng)的整合及遷移應(yīng)用，有效地提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。
一、高中生物學(xué)核心概念是學(xué)科中心的概念
高中生物學(xué)知識(shí)包括生命科學(xué)事實(shí)、基本原理、科學(xué)概念、模型等類型，人教版高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)教材將核心概念等同于核心知識(shí)。劉恩山教授認(rèn)為，核心概念是基于課程標(biāo)準(zhǔn)某個(gè)主題的知識(shí)框架中概括總結(jié)出來(lái)的，特別強(qiáng)調(diào)概念之間的關(guān)聯(lián)和概念體系的結(jié)構(gòu)。筆者經(jīng)過(guò)近兩年的高中生物科學(xué)概念學(xué)法指導(dǎo)研究認(rèn)為，高中生物核心概念主要是指位于學(xué)科中心的概念性知識(shí)，包括概念、原理、模型、規(guī)律及理論，是學(xué)科知識(shí)的主干部分。一般用陳述句表述核心概念。核心概念與我們平時(shí)所說(shuō)的普通定義或概念等有較大區(qū)別。以“群落”這一核心概念為例，人教版《高中生物?必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》對(duì)“群落”的表述是“同一時(shí)間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中各種生物種群的集合?！倍鴱暮诵母拍罱嵌葋?lái)看，“群落”是種群概念研究的延續(xù)，是多種有直接、間接關(guān)系的生物種群有機(jī)組合在一起;有一定的物種組成（物種豐富度）;有特定的空間結(jié)構(gòu)、邊界和范圍;在一定的變化條件下還可能發(fā)生群落演替。引導(dǎo)學(xué)生形成正確的核心概念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，形成正確的知識(shí)體系，促進(jìn)生物科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。
二、核心概念教學(xué)的三個(gè)基本環(huán)節(jié)
1.發(fā)揮整體備課優(yōu)勢(shì)，凸顯核心概念
整體備課是相對(duì)于我們教師或集備組平時(shí)的課時(shí)備課而言的，其是依據(jù)系統(tǒng)論的系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的一種模式，即對(duì)某個(gè)教學(xué)模塊的整體設(shè)計(jì)。教師在整體備課中，要綜合考慮課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生具體學(xué)情及教學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整體上創(chuàng)造性教學(xué)設(shè)計(jì)。整體備課是教師在進(jìn)行逐個(gè)課時(shí)備課之前要實(shí)施的一個(gè)環(huán)節(jié)，事關(guān)該模塊教學(xué)，起到高屋建瓴的作用。
整體備課時(shí)要注意凸顯核心概念在整個(gè)模塊知識(shí)框架中的位置，在充分了解學(xué)生的原有知識(shí)儲(chǔ)備、符合各模塊或單元知識(shí)內(nèi)在邏輯的基礎(chǔ)上，嘗試圍繞核心概念開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生形成每個(gè)模塊內(nèi)部及各個(gè)模塊間的知識(shí)體系或知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。
如在人教版《高中生物?必修1?分子與細(xì)胞》細(xì)胞代謝模塊的整體備課中，我們要重視“細(xì)胞呼吸”核心概念的地位。在學(xué)生的前概念知識(shí)基礎(chǔ)上，要針對(duì)如何引導(dǎo)學(xué)生探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式、細(xì)胞呼吸過(guò)程的分析、呼吸概念的歸納等知識(shí)進(jìn)行備課，還要備光合作用有關(guān)內(nèi)容，以及《高中生物?必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)概念。在教學(xué)時(shí)，注意“細(xì)胞呼吸”這一核心概念與光合作用聯(lián)系，為后續(xù)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)概念教學(xué)奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生形成有關(guān)概念體系。
在人教版《高中生物?必修3?內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)》模塊教學(xué)前，用系統(tǒng)論思想指導(dǎo)整體備課，人體細(xì)胞是人生命活動(dòng)最基本的結(jié)構(gòu)層次;常見(jiàn)的人體細(xì)胞舉例;每個(gè)細(xì)胞內(nèi)可以相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行一系列細(xì)胞代謝活動(dòng);人體細(xì)胞生活在內(nèi)環(huán)境中;內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定與人體細(xì)胞的關(guān)系;植物體維持穩(wěn)定性的機(jī)制;生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)。每個(gè)層次都是個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，都要維持相對(duì)穩(wěn)定才能行使正常功能。因此，針對(duì)一個(gè)模塊知識(shí)的整體備課讓我們站得更高，看得更遠(yuǎn)，從而全盤把握。
2.創(chuàng)設(shè)生物實(shí)驗(yàn)情境，提升核心概念的建構(gòu)能力
結(jié)合生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科的特點(diǎn)，教師精心創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思與總結(jié)，促進(jìn)核心概念的構(gòu)建。
在核心概念“細(xì)胞呼吸”教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)以下實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究酵母菌的呼吸方式。
（1）實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)預(yù)習(xí)，嘗試配制酵母菌培養(yǎng)液。由此，學(xué)生建立“細(xì)胞呼吸過(guò)程需要分解有機(jī)物，常見(jiàn)的是葡萄糖”的認(rèn)識(shí)。
（2）通過(guò)創(chuàng)設(shè)外界通入氧氣、不接外面氧氣兩種實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，學(xué)生獲得“細(xì)胞呼吸包括有氧呼吸、無(wú)氧呼吸兩種方式”的觀點(diǎn)。
（3）通過(guò)有氧、無(wú)氧條件下細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物的檢測(cè)，學(xué)生自然得出“細(xì)胞呼吸包括有氧呼吸、無(wú)氧呼吸兩種方式，產(chǎn)物有二氧化碳、酒精等”。
（4）引導(dǎo)學(xué)生分析：本實(shí)驗(yàn)中單一的自變量是什么呢？因變量、無(wú)關(guān)變量又是什么？
（5）思考、討論：反應(yīng)底物選擇葡萄糖溶液的理由是什么？本實(shí)驗(yàn)選擇的有氧、無(wú)氧條件是如何完整實(shí)現(xiàn)？本實(shí)驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的如何歸類？
（6）如果要比較兩種呼吸方式放出的熱量多少，本實(shí)驗(yàn)還可以進(jìn)行哪些拓展？
通過(guò)逐步深入的實(shí)驗(yàn)探究，使得學(xué)生建立對(duì)“細(xì)胞呼吸”這一核心概念的正確認(rèn)識(shí)：細(xì)胞呼吸是指細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)物，常見(jiàn)的是葡萄糖，以有氧呼吸或無(wú)氧呼吸的方式氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳、酒精等，同時(shí)放出能量的過(guò)程。
3.結(jié)合生活實(shí)踐情境，提高概念遷移應(yīng)用能力
檢驗(yàn)概念掌握情況的標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生能否靈活應(yīng)用概念，能否做到學(xué)以致用。如在“種群”概念教學(xué)中，努力給學(xué)生創(chuàng)造應(yīng)用已學(xué)概念的機(jī)會(huì)。由理想狀態(tài)下細(xì)菌分裂的后代數(shù)量分析入手，學(xué)生建立Nn=2n的數(shù)學(xué)模型;進(jìn)一步思考：若在一個(gè)有限的培養(yǎng)基中細(xì)菌分裂的后代數(shù)量又如何變化;有機(jī)地結(jié)合課本中的實(shí)例建立“S”型增長(zhǎng)、“J”型增長(zhǎng)曲線的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考：外來(lái)入侵物種最可能朝哪一種增長(zhǎng)曲線的方向發(fā)展？“S”型增長(zhǎng)曲線的1/2K值和K值對(duì)于保護(hù)有益動(dòng)物、防治有害動(dòng)物有什么啟示？在學(xué)生自學(xué)基礎(chǔ)上分小組進(jìn)行的數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)，并應(yīng)用模型進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的思路。
當(dāng)前，信息技術(shù)與課程整合的實(shí)踐，經(jīng)常陷入技術(shù)整合失效、教學(xué)效果不佳的怪圈。在許多情況下，不是出現(xiàn)緣于表演性質(zhì)的盲目整合高端技術(shù)現(xiàn)象，就是出現(xiàn)只用PowerPoint作為演示工具的低層次整合現(xiàn)象。更有甚者，一旦真要把信息技術(shù)深入到實(shí)質(zhì)性的學(xué)科課程教學(xué)時(shí)，教和學(xué)的效果往往難以保證，令人扼腕。
《生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及其相互關(guān)系》教學(xué)案例設(shè)計(jì)者陳萍老師，突破常規(guī)、勇于創(chuàng)新，成功地通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，巧用概念圖工具M(jìn)indmanager等技術(shù)來(lái)組織和引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主探究學(xué)習(xí)，教學(xué)實(shí)施效果頗佳，給觀摩者帶來(lái)眼前一亮的清新氣象，值得我們學(xué)習(xí)。
教學(xué)實(shí)踐場(chǎng)景評(píng)析
學(xué)習(xí)活動(dòng)：觀察研討
(1)觀察微型生態(tài)球
教師：在西方，許多國(guó)家都喜歡用微型生態(tài)球來(lái)裝飾居室。同學(xué)們仔細(xì)觀察圖中的“迷你生態(tài)球”，分析其由哪些成分組成。
學(xué)生：（仔細(xì)觀察電腦屏幕上的微型生態(tài)球）小蝦、水藻，還有水、碎石……
教師：（啟動(dòng)Mindmanager軟件的“頭腦風(fēng)暴功能”，即時(shí)將學(xué)生的答案輸入電腦，并且不急于修正學(xué)生的答案，留待在后面的學(xué)習(xí)過(guò)程中慢慢地修正和完善）如果我們將這些成分歸類，哪些屬于非生物成分？哪些屬于生物成分？
學(xué)生：水、碎石是非生物成分，小蝦、水藻是生物成分。
評(píng)析：通過(guò)觀察風(fēng)靡歐洲的微型生態(tài)球，要求學(xué)生首先從圖上找出生態(tài)系統(tǒng)的成分有哪些。由于這是一幅既賞心悅目又貼近生活的畫面，充分有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)真實(shí)問(wèn)題的情境中，激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)了生態(tài)系統(tǒng)的成分。
(2)觀看動(dòng)畫：“認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中的微生物”和“認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用”
教師：同學(xué)們思考一下，上述生態(tài)球中有陽(yáng)光、水、碎石和小蝦、水藻就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)了嗎？同時(shí)考慮一下，完整的生態(tài)球是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的？針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，如需要幫助，請(qǐng)點(diǎn)擊“作用”后的超鏈接，觀看動(dòng)畫，并完成學(xué)案上作業(yè)單1中的題目。
學(xué)生：結(jié)合學(xué)案上作業(yè)單，點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫，邊操作邊思考該畫面隱含的生命科學(xué)知識(shí)。
（學(xué)生以小組為單位，利用課件自主學(xué)習(xí)，組內(nèi)、組間可自由交流；教師巡視，根據(jù)各組不同的需要進(jìn)行必要的指導(dǎo)……）
教師：同學(xué)們?cè)傧胂?，上課初，我們看的那個(gè)生態(tài)球由哪些材料組成？你們看看是否有補(bǔ)充？
學(xué)生：（爭(zhēng)先恐后地回答）應(yīng)該還有細(xì)菌、真菌等微生物作為分解者。沒(méi)有它們，這個(gè)封閉的瓶子將會(huì)堆積很多糞便和動(dòng)植物尸體。這個(gè)生態(tài)瓶也就不能再維持下去了。
教師：回答得很好，那么魚(yú)兒活動(dòng)所需要的能量歸根到底來(lái)自哪里呢？
學(xué)生：太陽(yáng)能。
教師：那么人活動(dòng)所需要的能量來(lái)自哪里呢？
學(xué)生：也是太陽(yáng)能。消費(fèi)者吃的食物歸根到底來(lái)自生產(chǎn)者生產(chǎn)的有機(jī)物，而有機(jī)物中的能量，歸根到底是光合作用，需要太陽(yáng)光才能進(jìn)行。
教師：很棒！大家都能理解為什么太陽(yáng)能是地球上一切生物的能量來(lái)源了。
（利用Mindmanager的頭腦風(fēng)暴功能，把知識(shí)框架搭起來(lái)了。）
作業(yè)單1
操作1：告訴你生態(tài)系統(tǒng)中需要 ___________成分。
操作2：放入 ____________，它是 ___________ 成分。
操作3：放入___________，它是 ___________成分；這三者通過(guò)___________關(guān)系，形成___________。
操作4：放入 ___________，它是___________成分。
光有以上這些成分還不夠，玻璃瓶太臟了，還需要 。
魚(yú)兒活動(dòng)所需要的能量歸根到底來(lái)自 ___________ ，說(shuō)明它是地球上一切生物的能量來(lái)源。
通過(guò)完整地觀看動(dòng)畫，我對(duì)各成分的作用有了深入的認(rèn)識(shí)：___________。
把這些植物放進(jìn)水里
認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用（交互型Flas）
評(píng)析：①本來(lái)作為分解者的微生物是生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的成分，但是學(xué)生肉眼不易察覺(jué)；生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各成分間的關(guān)系屬于宏觀動(dòng)態(tài)的內(nèi)容，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)也不易觀察到。教師通過(guò)Flas課件實(shí)施微觀放大以彌補(bǔ)學(xué)生對(duì)微觀世界的直觀認(rèn)識(shí)不足，同時(shí)通過(guò)宏觀縮小幫助學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)宏觀的生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用。利用交互型課件進(jìn)行虛擬與現(xiàn)實(shí)的互補(bǔ)，引導(dǎo)學(xué)生更好地探究生命科學(xué)知識(shí)。②教師選用“生態(tài)球”創(chuàng)設(shè)特定的問(wèn)題情境（生態(tài)系統(tǒng)的成分和它們之間的關(guān)系），通過(guò)“追問(wèn)”有效地引導(dǎo)了學(xué)生的主動(dòng)探究。
學(xué)習(xí)活動(dòng)：模仿設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
（學(xué)生設(shè)計(jì)制作好生態(tài)瓶以后，開(kāi)始交流。）
教師：你設(shè)計(jì)制作的瓶中，所有成分能構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)嗎？
學(xué)生：是的。因?yàn)橛蟹巧锍煞?，生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者，各個(gè)成分都齊全。
教師：各個(gè)成分都齊全，想必你的生態(tài)瓶也能維持一定的時(shí)間了，如何讓它維持的時(shí)間更長(zhǎng)久？請(qǐng)思考，并完成學(xué)案上作業(yè)單2的題目。
（學(xué)生小組合作完成學(xué)案上的作業(yè)；教師巡視，根據(jù)各組需要進(jìn)行指導(dǎo)。5分鐘后引導(dǎo)分析。）
教師（第一問(wèn)）：生態(tài)瓶中綠色植物數(shù)量是否越多越好？
學(xué)生：綠色植物數(shù)量不能過(guò)多，否則二氧化碳和肥料不足它們就會(huì)死。
教師（第二問(wèn)）：生態(tài)瓶中動(dòng)物的數(shù)量有要求嗎？
學(xué)生：動(dòng)物數(shù)量要適量，否則氧氣消耗會(huì)增加。
教師：（拿出上周其他班級(jí)做好的生態(tài)瓶）這里有三個(gè)瓶，是上周其他班級(jí)做的。其中這個(gè)瓶子里的螺螄第二天就生了好多小螺螄，動(dòng)物數(shù)量一下子太多了。造成的結(jié)果可能會(huì)是什么？同學(xué)們看看。
學(xué)生：這個(gè)瓶子里的水混濁，水蚤、螺螄都死了，生態(tài)系統(tǒng)不能維持下去了。其他幾個(gè)瓶子的水很清澈，生物都是活的。
教師（第三問(wèn)）：如果生態(tài)瓶中一種動(dòng)物死了，生態(tài)系統(tǒng)能維持嗎？
學(xué)生：螺螄死了，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)還能維持。因?yàn)檫@個(gè)生態(tài)瓶中消費(fèi)者除了螺螄之外還有水蚤，形成兩條食物鏈。螺螄死了，還有水蚤產(chǎn)生的二氧化碳可以提供植物進(jìn)行光合作用，所以還能維持。
教師：我剛才巡視時(shí)看到仲偉佶小組有不同的做法。它們的瓶子里只有一種生物，螺螄。如果它死了，這個(gè)系統(tǒng)還能維持嗎？
學(xué)生：也能維持。不可能死的。
教師（第四問(wèn)）：做完這個(gè)生態(tài)瓶，你將放置在哪兒？為什么？
學(xué)生：有光照的地方。因?yàn)橹参锕潭ǖ墓饽苁巧鷳B(tài)系統(tǒng)的能量來(lái)源。
評(píng)析：“自己動(dòng)手模仿設(shè)計(jì)生態(tài)瓶，并思考如何讓它維持的時(shí)間更長(zhǎng)久”，這是一個(gè)非常有效的問(wèn)題情境，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了實(shí)驗(yàn)情境，并有效地引導(dǎo)他們將學(xué)習(xí)活動(dòng)1中所學(xué)的理論知識(shí)付諸實(shí)踐。在教師一連串的有效問(wèn)題啟發(fā)下，學(xué)生思維由表及里、由淺入深（從思考生態(tài)系統(tǒng)的組成到思考生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性），并逐步展開(kāi)Mindmanager學(xué)習(xí)支架進(jìn)行學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。這種在真實(shí)問(wèn)題（情境）解決過(guò)程中學(xué)習(xí)檢驗(yàn)知識(shí)的設(shè)計(jì)，極大地促進(jìn)了學(xué)生深入掌握核心概念，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變。
學(xué)習(xí)活動(dòng)：展示交流
教師：為了試驗(yàn)人類離開(kāi)地球能否生存，美國(guó)曾經(jīng)建造了完全封閉的“生物圈II號(hào)”實(shí)驗(yàn)基地。它是一個(gè)更大型的模擬生態(tài)系統(tǒng)，從成分上看，什么都不缺，但是最終這個(gè)計(jì)劃失敗了。請(qǐng)同學(xué)們閱讀關(guān)于美國(guó)生物圈II號(hào)的資料介紹，并完成學(xué)案上作業(yè)單2。
學(xué)生：展開(kāi)Mindmanager學(xué)習(xí)支架中的學(xué)習(xí)活動(dòng)3，邊閱讀信息，邊思考作業(yè)單2中的問(wèn)題……
師生交流：得出熱愛(ài)地球、保護(hù)地球和環(huán)境的啟示。（未發(fā)言小組，課后網(wǎng)絡(luò)交流：172.16.12.25）
作業(yè)單2
“生物圈II號(hào)”模擬的是什么？
建立生物圈II號(hào)的目的是什么？
分析可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的原因有哪些？
你從“生物圈II號(hào)”的失敗中得到了什么啟示？
評(píng)析：好的情境能有效引導(dǎo)學(xué)生的探究，如在分析美國(guó)生物圈II號(hào)失敗的原因時(shí)，能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究生態(tài)系統(tǒng)的成分及各成分的相互關(guān)系與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系。創(chuàng)設(shè)生活情境問(wèn)題，不僅引導(dǎo)學(xué)生靈活利用生命科學(xué)基本知識(shí)分析生活現(xiàn)象，還能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)、關(guān)注生活。在分析中，學(xué)生感悟到：人類在茫茫宇宙中只有地球這一處家園，地球不是實(shí)驗(yàn)室，我們輸不起，只有善待和保護(hù)她才是我們真正的出路。
教學(xué)特色點(diǎn)評(píng)
以優(yōu)秀的問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生的探究
建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)“情境”對(duì)于意義建構(gòu)的重要性，認(rèn)為學(xué)習(xí)應(yīng)該在與現(xiàn)實(shí)生活相似的情境中發(fā)生。知識(shí)是在情境中通過(guò)活動(dòng)而產(chǎn)生的，情境的性質(zhì)決定了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解深度。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)者要盡量通過(guò)創(chuàng)設(shè)豐富的問(wèn)題情境來(lái)引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和高級(jí)思維技能。在本教學(xué)設(shè)計(jì)中，問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)是成功而富有成效的：活動(dòng)1中創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生觀察的問(wèn)題情境；活動(dòng)2創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐并思考檢驗(yàn)的問(wèn)題情境；活動(dòng)3創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用分析的問(wèn)題情境。通過(guò)一連串的有效問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)，有效引導(dǎo)了學(xué)生的探究?！白穯?wèn)”的方式，更在引導(dǎo)探究的基礎(chǔ)上，觸發(fā)深度思考，并與即時(shí)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)融為一體。
多元、適度、有效的技術(shù)整合
多元整合
與常見(jiàn)的整合實(shí)踐有異，本設(shè)計(jì)創(chuàng)新性地引入并成功應(yīng)用了新的技術(shù)工具：Mindmanager。通過(guò)綜合使用Mindmanager概念圖、Flash課件、PPT課件、數(shù)字圖片，以及中國(guó)科普網(wǎng)絡(luò)資源等，有效地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在這一技術(shù)整合實(shí)踐中，技術(shù)工具擔(dān)當(dāng)起了多樣化的角色：①交互型演示工具：作為傳播和演示教學(xué)信息的媒體工具，例如播放Flas、呈現(xiàn)圖片等；②生成型認(rèn)知工具：技術(shù)作為促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知，并作為記錄和生成課堂即時(shí)新信息的認(rèn)知工具，如靈活使用Mindmanager概念圖、輸入新內(nèi)容等。
適度整合
該教學(xué)設(shè)計(jì)并沒(méi)有濫用信息技術(shù)，而是進(jìn)行了有尺度的“適度整合”。在課的尾聲，結(jié)合了面對(duì)面交流與網(wǎng)絡(luò)交流。“你從生物圈II號(hào)的失敗中得到了什么啟示”是個(gè)有人文氣息的話題，每個(gè)學(xué)生都有感受，不會(huì)無(wú)話可說(shuō)。首先，通過(guò)面對(duì)面交流使課堂氣氛活躍生動(dòng)，富有聚集性，而不去“舍面對(duì)面的近，求網(wǎng)絡(luò)交流的遠(yuǎn)”；之后，又由于這是個(gè)開(kāi)放論題，教學(xué)時(shí)間有限，如果只是少數(shù)學(xué)生發(fā)言，可能觀點(diǎn)太狹窄。因此，采用了課后網(wǎng)絡(luò)交流的辦法，彌補(bǔ)拓展了交流的時(shí)空，加深學(xué)生的討論。此外，在活動(dòng)2設(shè)計(jì)制作生態(tài)瓶時(shí)，執(zhí)教者并沒(méi)有采用虛擬實(shí)驗(yàn)，而是要求學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，體現(xiàn)出生命科學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，學(xué)生在真實(shí)世界中的實(shí)踐感受是任何虛擬技術(shù)所不可完全替代的特點(diǎn)。
有效整合
本教學(xué)設(shè)計(jì)中，將概念圖等多種技術(shù)工具與學(xué)科問(wèn)題、學(xué)科需求相結(jié)合，為學(xué)生搭建了促進(jìn)知識(shí)生成加工、建構(gòu)理解的“腳手架”，提供了操控交互動(dòng)畫的機(jī)遇，以及豐富多樣的助學(xué)資源，還有拓展交流的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，有效地推動(dòng)了學(xué)習(xí)過(guò)程，優(yōu)化了學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生的深度認(rèn)知和積極思維。此外，本教學(xué)設(shè)計(jì)的形式是自主分組學(xué)習(xí)，教師放權(quán)，學(xué)生在開(kāi)放環(huán)境（組內(nèi)交流、組間交流、師生交流、網(wǎng)絡(luò)交流）中學(xué)習(xí)。小組的自學(xué)能力存在差別，有強(qiáng)有弱。利用Mindmanager建立概念圖學(xué)習(xí)支架并提供豐富的助學(xué)資源，保障了分組自主學(xué)習(xí)的有效性。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：生態(tài)用水 生態(tài)需水
研究河流或流域的生態(tài)需（用）水是當(dāng)前水利科研的熱點(diǎn)，“人類用水應(yīng)當(dāng)考慮其它生物的用水需求”的理念已經(jīng)被河流管理者廣泛接受并逐漸應(yīng)用于實(shí)踐。但目前的研究基本概念較為混亂，研究成果難免會(huì)引起誤導(dǎo)。
1、生物群是生態(tài)需（用）水的主體
生態(tài)學(xué)最早起源于生物學(xué)，主要研究 “生物及其環(huán)境的相互關(guān)系”，即它是一門研究生物的生存條件、生物及其群體與環(huán)境相互作用的過(guò)程及其規(guī)律的學(xué)科。生態(tài)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展提出了“生態(tài)系統(tǒng)”概念，它的涵義是“由生物與環(huán)境相互作用構(gòu)成的整體”。在一定時(shí)空范圍內(nèi)，生物成分和非生物成分通過(guò)彼此間不斷的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞，相互聯(lián)系，相互影響，這樣共同形成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位，叫做生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)包括4大組分：生產(chǎn)者（主要是綠色植物）、消費(fèi)者（包括食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、雜食動(dòng)物、寄生動(dòng)物、腐食動(dòng)物等）、分解者（主要是細(xì)菌和真菌）、非生物環(huán)境（是生物賴以生存的物質(zhì)和能量的源泉及活動(dòng)的場(chǎng)所，即生物的棲息地、繁殖地和遷徙地）。生態(tài)系統(tǒng)的核心組分是包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者在內(nèi)的生物群落。
從上述的基本概念看出，“生態(tài)系統(tǒng)”至少反映兩層涵義：（1）特別強(qiáng)調(diào)生物是系統(tǒng)的主體，而研究生態(tài)系統(tǒng)的目的是希望生態(tài)系統(tǒng)中生物群落之食物鏈能夠正常運(yùn)行、生物群落能夠正常演替。（2）人是生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的一員。因此，所謂生態(tài)需（用）水，用戶主體是包括人在內(nèi)的生物。
這樣看來(lái)，目前在進(jìn)行流域生態(tài)需（用）水研究時(shí)，把人類需（用）水排除在外顯然存在一定問(wèn)題。所謂流域生態(tài)用水，應(yīng)該指全流域范圍內(nèi)所有生物（包括人類、植物和其它動(dòng)物）繁衍生息所使用的水，其中，人類用水占相當(dāng)大部分。按此推論，顯然違背了人們提出生態(tài)需（用）水概念的初衷。所謂流域生態(tài)需水，是指整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的水。它同樣包括人類生產(chǎn)生活需水和其它生物需水兩部分。但研究后者顯然沒(méi)有實(shí)際意義，因?yàn)樵诹饔蚰敲创蟮膮^(qū)域，人們不會(huì)為了實(shí)現(xiàn)生態(tài)價(jià)值而經(jīng)常到山上或荒野去澆灌林草。無(wú)論是林草用水，還是林草需水，都只是個(gè)被動(dòng)接受問(wèn)題。因此，在流域?qū)用嫒绾窝芯可鷳B(tài)需（用）水值得進(jìn)一步思考。不過(guò)，如果能分別把流域生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)地、草地和林地的實(shí)際耗水量及其對(duì)河川徑流的影響研究清楚，顯然對(duì)流域水資源評(píng)價(jià)和分配具有重要的意義。
僅研究河流生態(tài)系統(tǒng)的需水則可以避免以上困難。因?yàn)?，河流生態(tài)系統(tǒng)是指河道的水流區(qū)域和與此水域有直接水體交換的生態(tài)單元（如濕地生態(tài)系統(tǒng)和河岸生態(tài)系統(tǒng)）。對(duì)于絕大部分河流而言，河流生態(tài)系統(tǒng)中不會(huì)包括人類。由于人類從河川大規(guī)模引水，使得河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群的繁殖地、棲息地和遷徙地受到很大影響，進(jìn)而影響生物群的繁衍生息，這樣的情況在世界各國(guó)的很多河流都不同程度在存在，因此，人們提出了河流生態(tài)需水概念，目的是想通過(guò)約束人類對(duì)河川徑流的索取量，使河流生態(tài)系統(tǒng)中的生物群能正常繁衍生息。
總之，利用生態(tài)學(xué)的基本理論解決水問(wèn)題，要考慮其適用范圍，否則容易讓人誤解。
2、明確生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)是確定生態(tài)需水的前提
漫談生態(tài)需水是沒(méi)有意義的。談生態(tài)需水必須要明確生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)，即生態(tài)健康的指標(biāo)。
這些年，國(guó)內(nèi)外有不少人作這樣的研究，最廣泛接受的觀點(diǎn)為：所謂生態(tài)系統(tǒng)健康的主要指標(biāo)包括活力、彈性力和組織等三方面，其中活力指系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的交換量，彈性力指系統(tǒng)抵御壓力和在壓力減小時(shí)從干擾中恢復(fù)的能力，組織指系統(tǒng)的復(fù)雜性，一般認(rèn)為系統(tǒng)越復(fù)雜越健康（但未看到資料說(shuō)明，為什么系統(tǒng)越復(fù)雜越健康）。定性的概念好像很科學(xué)，但關(guān)鍵是量化的、具體的指標(biāo)是多少？
由于研究生態(tài)健康指標(biāo)的復(fù)雜性，人們更希望用一些指示性物種來(lái)代表生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，即生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，應(yīng)該是保護(hù)系統(tǒng)中關(guān)鍵種群的繁殖地、棲息地和遷徙地。所謂“關(guān)鍵種”，是指生態(tài)系統(tǒng)或生物群落中那些相對(duì)其多度而言對(duì)其它物種具有非常不成比例影響，并在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性及其結(jié)構(gòu)、功能及穩(wěn)定性方面起關(guān)鍵性作用，一旦消失或削弱，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)或生物群落就可能發(fā)生根本性變化的物種。
為恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，人們需要深入調(diào)研河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的組成，從生物多樣性和社會(huì)角度，提出最需要保護(hù)的關(guān)鍵生物種群和對(duì)生物繁衍生息至關(guān)重要的濕地或湖泊規(guī)模。需要指出的是，確定河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的目標(biāo)不僅僅是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，也是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題，它很大程度上取決于當(dāng)時(shí)人們的價(jià)值取向。
3、生物繁衍生息與水流條件的響應(yīng)關(guān)系是計(jì)算河流生態(tài)需水的基礎(chǔ)
必須明確，水流條件不是決定生態(tài)系統(tǒng)健康的唯一因素。根據(jù)生態(tài)學(xué)研究成果，影響生態(tài)系統(tǒng)健康的因素包括：
（1）水流條件，包括河流的水循環(huán)狀態(tài)或降水、流速和流態(tài)、水體質(zhì)量等，它是生態(tài)系統(tǒng)中生命的基礎(chǔ)元素。那么，為了某生態(tài)系統(tǒng)在某水平下運(yùn)行所需要的水就叫做生態(tài)需水；該生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行用掉的水叫做生態(tài)用水。生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的水來(lái)自降水、河川徑流、土壤水和地下水等水源。
（2）碳、氮、磷等重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)條件，它們分別是生態(tài)系統(tǒng)的骨架元素、代謝元素和信息元素；
（3）土地利用方式。特別是濕地附近的土地利用方式直接影響濕地的規(guī)模和結(jié)構(gòu)；
（4）空氣質(zhì)量，它對(duì)生物的生存環(huán)境具有重要影響；
（5）氣候變化；
（6）外來(lái)生物物種入侵等。
由此可見(jiàn)，沒(méi)有水，生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落沒(méi)法生存和演替；但僅僅有水，遠(yuǎn)遠(yuǎn)還不能滿足生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。
要計(jì)算河流的生態(tài)需水，需利用多年河川徑流變化資料和同期保護(hù)物種或保護(hù)物種的棲息地等變化資料，建立兩者之間的相關(guān)關(guān)系。那么，在已知的河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)目標(biāo)基礎(chǔ)上，就可以計(jì)算出河流生態(tài)需水量。在過(guò)去的幾十年中，人們并沒(méi)有有意識(shí)地對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)，因此，要建立該響應(yīng)關(guān)系可能是一個(gè)非常困難的工作。
正是由于這么多的困難，近20多年來(lái)，國(guó)際上發(fā)展了數(shù)十種河流生態(tài)需水計(jì)算方法，包括標(biāo)準(zhǔn)流量法（如7Q10，Tennant和 Q95等）、水力學(xué)法(如R@CROSS， 濕周法和Richter法等)，并因計(jì)算簡(jiǎn)單而被廣泛采納，計(jì)算結(jié)果大多在河川天然流量的60～80％之間。但問(wèn)題是：（1）天然徑流系列的選擇缺乏科學(xué)論證；（2）由于方法本身缺乏物理意義，因此缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)證明，如果滿足這樣的徑流條件，河流生態(tài)系統(tǒng)處于什么樣的健康水平。
4、黃河生態(tài)需水范疇芻議
黃河的情況與其它江河不同，其下游灘區(qū)居住著181萬(wàn)人，他們理所當(dāng)然的成為河流生態(tài)系統(tǒng)生物群的重要組成部分，其生產(chǎn)生活需水也應(yīng)是河流生態(tài)系統(tǒng)需水的重要組成部分。但在目前全流域缺水的特殊背景下，考慮到目前河流生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，可以在有說(shuō)明的前提下，按照目前流行的河流生態(tài)需水概念，下游灘區(qū)生產(chǎn)、生活需水暫不納入黃河生態(tài)需水范疇。這樣，黃河的河流生態(tài)系統(tǒng)需水應(yīng)包括：（1）維持河流水體一定規(guī)模生物群的繁衍生息所需要的河川徑流條件，包括流量、流速、水深等。（2）維持一定規(guī)模淡水濕地所需要的水量。（3）維持河岸生態(tài)單元良性運(yùn)行所需要的水流條件，不過(guò)該問(wèn)題的難度在于難分清多少來(lái)自降水，多少應(yīng)該依賴河川和地下水。
由于黃河的特殊性和復(fù)雜性，河道輸沙需水以及自凈需水等是否納入黃河生態(tài)需水還有待進(jìn)一步商榷：
這是在非線性動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域中起主導(dǎo)作用的研究人員所寫的第一本有關(guān)主題的著作，對(duì)一系列非線性動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界和穩(wěn)定區(qū)域，提供了清晰而嚴(yán)密的全方位的理論，包括：連續(xù)的、離散的、復(fù)雜的、具有兩個(gè)時(shí)間尺度的、以及非雙曲型的系統(tǒng)，并附有數(shù)值實(shí)例做說(shuō)明。作者還對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)定區(qū)域（quasistability regions）、相關(guān)的穩(wěn)定區(qū)域（relevant stability regions）、以及它們的完整的特征等方面，提出了一些新的概念。
本書也覆蓋了旨在估算一般的非線性動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域的優(yōu)化方案，并且在最后部分，作者描述和說(shuō)明了，書中的理論是如何應(yīng)用于很多方面，包括：電力系統(tǒng)中瞬態(tài)穩(wěn)定性分析的直接方法、為尋求一組高質(zhì)量?jī)?yōu)化解的非線性優(yōu)化法、非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、以及免疫問(wèn)題等。
第一作者HsiaoDong Chiang是美國(guó)康奈爾大學(xué)電機(jī)和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的教授、Bigwood Systems， Inc.（BSI） 和Globol Optimal Technology， Inc.（GOTI） 的創(chuàng)辦人。他是IEEE的會(huì)員。
第二作者Luis F.C.Alberto是巴西University of So Paulo 的So Carlos工學(xué)院的教授，2013-2014年曾經(jīng)擔(dān)任SBA （巴西自動(dòng)化學(xué)會(huì)）的主席。
本書目錄：1.引論。第一部分 理論，含第2-9章：2.穩(wěn)定性，極限族，和穩(wěn)定區(qū)域；3.能量函數(shù)理論；4.連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；5.復(fù)雜非線性動(dòng)力系統(tǒng)的吸引族（attracting sets）的穩(wěn)定區(qū)域；6.連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的準(zhǔn)-穩(wěn)定區(qū)域；7.有約束的動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；8.連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的相關(guān)的穩(wěn)定邊界；9.離散動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域。第二部分 估算，含第10-15章：10.對(duì)連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；11.對(duì)復(fù)雜連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；12.對(duì)離散動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；13.為估算非線性動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域的有建設(shè)性的方法論；14.對(duì)相關(guān)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；15.為近似求解穩(wěn)定邊界所用的數(shù)值方法的臨界估算。第三部分 高等論題，含第16-19章：16.具有兩個(gè)時(shí)間尺度的連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；17.一類非雙曲型動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域：理論和估算；18.一類大規(guī)模的非線性動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化估算；19.穩(wěn)定區(qū)域的分岔。第四部分 應(yīng)用，含第20-22章：20.把穩(wěn)定區(qū)域應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的直接穩(wěn)定性的分析；21.為尋求非線性規(guī)劃的多重優(yōu)化解的基于穩(wěn)定區(qū)域的方法；22.展望以及將來(lái)的發(fā)展方向。
